ciclo gasolina

7/21/2019 Ciclo Gasolina

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Ciclo Otto (Gasolina)Termodinmica

EQUIPO 01: BERRONES RIVERA PERLA

CANALES PUGA NELSON

CEVALLOS MARTNEZ RENATO

MEJA IBARRA ALEJANDRO

MNDEZ FAZ RAMIRO

SANTIAGO RODRGUEZ FRANCISCO


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Antecendentes


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Nicolaus August Otto

Fue un ingeniero alemn, que dise el motor de combustin interna junto con Otto fue el primero en convertirlo en algo prctico

Realiz notables estudios sobre el motor de gas y en 1872 llev a la prctica la cmotor de combustin interna de cuatro tiempos. De este modo cre una mquinaa partir de la cual desarrollara el motor Otto. ste se hizo famoso en todo

mquina para el accionamiento de vehculos, trenes, barcos y aviones. Este motopara la invencin del motor disel.


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Qu es un motor de combustininterna?

Un motor de combustin interna es bsicamente una mquina que mezcla oxgeno gasificado. Una vez mezclados ntimamente y confinados en un espacio denomicombustin, los gases son encendidos para quemarse (combustin).

Debido a su diseo, el motor, utiliza el calor generado por la combustin, como energel movimiento giratorio que conocemos. Motor a Gasolina o Alcohol.


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Proceso: Ciclo de

Otto


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Ciclo de cuatro tiempos:

Se denomina motor de cuatro tiempos al motor de combustin interna alternatOtto como ciclo del disel, que precisa cuatro, o en ocasiones cinco, carreras del pisvueltas completas del cigeal) para completar el ciclo termodinmico de combustin.


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Tiempos del ciclo


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Primer tiempo: admisin

En esta fase el descenso del pistn aspira la mezcla aire combustible. La vpermanece cerrada, mientras que la de admisin est abierta. En el primer tiegira 180 y el rbol de levas da 90 y la vlvula de admisin se encuentra abiees descendente.


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Segundo tiempo: compresin

Al llegar al final de la carrera inferior, la vlvula de admisin se cierra, comprcontenido en la cmara por el ascenso del pistn. En el 2 tiempo el cigeal da 360 yda 180, y adems ambas vlvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.


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Tercer tiempo: Explosin/Expansin

Al llegar al final de la carrera superior el gas ha alcanzado la presin mxima. En los gasolina salta la chispa en la buja, provocando la inflamacin de la mezcla. Uncombustin, esta progresa rpidamente incrementando la temperatura y la presdel cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistn. Esta es la nica fobtiene trabajo. En este tiempo el cigeal gira 180 mientras que el rbol drespectivamente, ambas vlvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.


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Cuarto tiempo: Escape

En esta fase el pistn empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustravs de la vlvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto mximo de carcierra la vlvula de escape y se abre la de admisin, reinicindose el ciclo. En este tigira 180 y el rbol de levas gira 90.


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E-A:admisin a presin consta(renovacin de la carga).

A-B:compresin de los gases e

B-C:combustin, aporte de calconstante. La presin se eleva antes de comenzar el tiempo

C-D:fuerza, expansin isoentrdel ciclo que entrega trabajo.

D-A:Escape, cesin del calor rambiente a volumen constante

A-E:Escape, vaciado de la cmconstante (renovacin de lacarga.)(isocrico).

Ciclo Otto con valores exactos


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Eficiencia

La eficiencia o rendimiento trmico de un motor de este tipo depende de la relaciproporcin entre los volmenes mximo y mnimo de la cmara de combustin. Estaser de 8 a 1 hasta 10 a 1 en la mayora de los motores Otto modernos.

El rendimiento medio de un buen motor Otto de 4 tiempos es de un 25 a un rendimiento alcanzado con motores disel, que llegan a rendimientos del 30

precisamente a su mayor relacin de compresin.


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Relacin de compresin

Permite medir la proporcin en volumen, que se ha comprimido la mezcla de aire-code la cmara de combustin de un cilindro. Es decir el volumen mximo o total (volms el de la cmara de combustin) entre el volumen mnimo (volumen de la cmara

=

4

+

Donde:, es el dimetro del cilindro

s, es la carrera del pistn desde PMS hasta PMI

, volumen de la cmara de combustin


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Cilindrada

Es el volumen geomtrico del cilindro que est delimitado por el pistn en P.M.I. significa que si este volumen unitario se multiplica por el nmero de pistonescilindrada motor. Este valor depende del dimetro, longitud y nmero de cilindros.

Cuanto mayor sea la cilindrada de un motor, ms robusto ser, y menor nmeronecesitar para conseguir la potencia deseada, como as tambin ser ms duradcilindrada se calcula:

=

4 ( )

=

4

Donde:

,dimetro del cilindro, tambin llamado calibre

,carrera del pistn


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Proporcin deaire y

combustible


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Preparacin

Esta mezcla comienza a formarse desde el punto donde se unen gasolina y airel conducto de admisin.

Existe una cantidad exacta de aire (que proporciona el oxgeno) para hacer la

la gasolina sin que sobre ni aire ni combustible, esta cantidad se llestequeomtrica, y para las gasolinas comerciales, est entre 14 y 15 vecesaire en peso, por la cantidad de gasolina.


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Coeficiente de Aire ()

=

=

14.7

Si = 1la mezcla es estequiomtrica

Si > 1la mezcla es POBRE (Exceso de aire)

o Calentamiento del motor

o Menor consumo de combustible

o Disminucin de potencia

o Deterioro de vlvulas de escape y catalizador

Si < 1la mezcla es RICA (Dficit de aire)

o Aumento de potencia

o Aumento de consumo


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Relacin aire-combustible


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Consecuencias de la proporcin de lamezcla

MEZCLA % CONSECUENCIA

RICA

< 0.75 Motor ahogado, la mezcla no se inflam

0.75 < < 0.85 Mezcla muy rica, incremento deinstantneo

0.85 < < 0.95 Potencia mxima

NORMAL(ESTEQUIOMTRICA) 0.95 < < 1.05 Conduccin normal

POBRE

1.05 < < 1.15 Mnimo consumo con ligera prdida d

1.15 < < 1.30 Disminucin de potencia y aumenprdida de rendimiento

> 1.30 No hay propagacin de la llama, el m


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Sistemas de formacin de la mezcla

Los sistemas de inyeccin o carburadores tienen latarea de preparar la mezcla de aire y combustible quese adapte a cada estado del funcionamiento del motor.

Los motores Otto con inyeccin en el tubo de admisinhan desplazado caso por completo a los motores concarburador, que trabajan con formacin de mezcla al

exterior.


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Ejemplo

Un motor est quemando una mezcla de tipo .

. Cul es el va

=12.5

14.7 = 0.8

La mezcla es rica.


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Fenmenos del ciclo


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Avances y retrasos de vlvulas

Son los cambios en los momentos en que abren y cierran lasvlvulas en los motores de combustin interna de cuatrotiempos, con relacin al momento terico para hacerlo.

El momento terico para abrir y cerrar las vlvulas es en elPMS y en el PMI (las vlvulas de admisin abren en el PMS

y cierran en el PMI, mientras que las vlvulas de escape lohacen a la inversa; ver Ciclo Otto).

Tanto el avance como el retroceso se mide en los grados quegira el cigeal antes o despus de que el pistn alcance elPMS (punto muerto superior) o el PMI (punto muertoinferior). Los avances y retrocesos son cuatro.


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Avance de la apertura de admisin(AAA)

El mejor momento para abrir la vlvula de admisines cuando el pistn se encuentra en el punto ms altode su recorrido. Sin embargo, debido a que la mezclaaire/combustible se encuentra en movimiento, al abrirla vlvula de admisin antes que el pistn llegue alPMS, permite que esta ingrese por ms tiempo al

cilindro, consiguiendo un mejor llenado.Para aprovechar adecuadamente este fenmeno, existeel retraso de cierre de admisin, que mantiene lavlvula abierta durante una parte de la carrera decompresin. Esta sincronizacin mejora el rendimientovolumtrico lo que permite generar un par detorsin mayor.


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Retraso del Cierre de Admisin (RCA)

Debido a la inercia que mantiene la mezcla simantenemos la vlvula de admisin abierta un tiempodespus que el pistn alcanz el PMI, permitimos quecontine entrando la mezcla, lo que permite un llenado.

Al retrasar el cierre de la admisin la carrera de

compresin es ms corta que la de expansin,consiguiendo este mayor aprovechamiento.


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Suele ser de unos 40-45 antes del PMI, lo que permite vaciar elcilindro ms rpidamente. Tericamente, con esto se pierdepotencia al estar los gases de la combustin haciendo presin sobreel pistn durante menos tiempo, pero esta prdida es muy baja yse compensa con creces al aumentar la velocidad de vaciado delcilindro.

Si la vlvula de escape se abre antes que termine la carrera de

trabajo se perder una parte de la presin que ejercen los gases.Sin embargo, si se la mantiene cerrada hasta el momento que elpistn comienza a subir en su carrera de escape aun habr presinen el cilindro que se opone al desplazamiento, lo que produce unadisminucin de potencia.

Por otra parte es preferible atrasar el cierre de escape para que elcilindro presente una presin baja al momento de la apertura deadmisin y adems aprovechar la inercia de los gases que aunsalen del cilindro para mejorar el acceso de mezcla fresca (barrido).

Avance de la Apertura de Escape (AAE)


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Retraso del Cierre de Escape (RCE)

Al igual que en los casos anteriores, debido a la inercia que mantienen los gasede escape, stos continan saliendo por su vlvula, incluso cuando el pistn pasel PMS e inici la carrera descendente. La apertura de la vlvula de admisin sefecta momentos antes del cierre del escape, para optimizar, nuevamente debida la inercia que presentan los gases frescos y quemados, el intercambio de lomismos dentro del cilindro.


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Cruce de Vlvulas

La vlvula de admisin se abre anticipadamentedurante la carrera de escape y la de escape se cierratardamente durante la carrera de admisin.

El lapso de tiempo durante el cual se encuentranambas vlvulas abiertas se denomina cruce devlvulas.

Afortunadamente, la inercia de los gases que salendel cilindro impiden que la mezcla fresca sedevuelva por la admisin cuando el motor gira avelocidades medias y altas.

Suele ser de unos 20 a 25 para motores normalesde uso urbano o carretero, y en el caso de losmotores de altas prestaciones, para competicin,puede llegar a 35 o incluso ms.


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EJEMPLO


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CICLO DE OTTO

Un ciclo Otto ideal con aire tomado de la atmsfera como fluido de trabajo, trelacin de compresin de 8. Las temperaturas mnima y mxima en el ciclo son1600 K.

Determine:a) La cantidad de calor transferido al aire

durante el proceso de adicin de calor.b) La eficiencia trmica.c) La presin media efectiva y la

cilindrada.


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Parmetros de entrada

Estado 1 a 2Compresin Adiabtica


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Eficiencia

La cantidad de aire de entrada, debe serla misma cantidad de salida.

Estado 3 a 4Expansin Adiabtica

Relacin de compresin

Calor transferido al aire

a)

b)

Trabajo neto


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Presin Media Efectiva

Volumen mximo

Volumen mnimo

Presin media efectiva


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Volumen desplazado (Cilindrada)


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Preguntas


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Diferencias con el motor rotativo

Los motores rotativos son alternativas a los motores a pistn. Tienen diferentes estos ltimos, pero, al

Los motores rotativos no tienen pistones, los cuales cuentan con un sistema de coencendido, en cambio, un motor rotativo lleva a cabo estas tareas en una sola rotaciun sistema de rotacin del rotor triangular que gira en torno y completa susmovimiento.

Aunque igual que los motores de pistn, son de combustin interna.


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Ventajas y Desventajas

Ventajas Simplicidad. Tiene muchas menos

piezas que los motores de pistn y anas tiene ms poder en trminoscomparativos.

Suavidad de marcha. Ms revoluciones por menos

velocidad.

Menor vibracin

Menor peso

Desventajas Consumo. Usan ms gasoli

motores de pistn. Queman comparativamente que los pistn.

Sello y reparacin. Ocurregiones fras, y la reparaciexisten menos distribuidores.

Emisin de contaminantes

Sincronizacin


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Aunque los combustibles hidrocarburos lquidos son mezclasde muchos hidrocarburos diferentes, por conveniencia suelenconsiderarse como un solo hidrocarburo. Por ejemplo, lagasolina se trata como octano C8H18, y el disel comododecano, C12H26.

Una cantidad utilizada frecuentemente en el anlisis de

procesos de combustin para cuantificar las cantidades decombustible y aire es larelacin aire-combustible, AC.

Cmo se calcula la masa de la mezcla


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Relacin Aire/Combustible

Para el ajuste de mezcla nos vamos a ayudar del indicador de EGT, que nos da la tempsalida de los gases.En ascenso hemos visto que recortaremos poco a poco la mezcla, pero una vez en cruceajuste ms fino de la siguiente manera.

/ =

La relacin tambin se puede encontrar a partir de los moles (n) y el peso molecular (M

/ =


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Combustin Real

Para analizar la combustin real no es suficiente un balance de masa, por lo que serecurre al anlisis de la cantidad de componente.

Esto se realiza mediante un dispositivo conocido como analizador de gases deescape.

Proceso:

Se recoge una muestra de los gases de combustin

Se enfra a temperatura y presin ambiente, en cuyo punto se mide su volumen.

La muestra se pone en contacto con un compuesto qumico que absorbe el CO2.

Los gases restantes se vuelven a llevar a la temperatura y presin ambientales, se mide el nuevo volumen que ellos ocupan.


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Octanaje

Octanaje o nmero de octano es una medida de la calidad y capacidaantidetonante de las gasolinas para evitar las detonaciones y explosiones en lamquinas de combustin interna, de tal manera que se libere o se produzca lmxima cantidad de energa til.


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Cmo se determina?

Para determinar la calidad antidetonante de una gasolinacorridas de prueba en un motor, de donde se obtienen dodiferentes:

ElResearch Octane Number (Nmero de Octanode Investigacin)R.O.N., se determina efectuando

una velocidad de 600 revoluciones por minuto (rpm)y a una temperatura de entrada de aire de 125F(51.7C).


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El Motor Octane Number (Nmero de Octano del Motor) M.O.N., mediante una corrida de prueba en una mquina operada a una velocidrpm a una temperatura de entrada de aire de 300F (149C).

Para propsitos de comercializacin y distribucin de las gasolinas, los pdeterminan el octanaje comercial, como el promedio de los nmeros deinvestigacin (RON) y el octano del motor (MON).


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Escala del octanaje

La calidad antidetonante se mide usando unaescala arbitraria de nmero de octano. En estaescala, los hidrocarburos iso-octano (que espoco detonante) un ndice de octano de 100; yal n-heptano (que es muy detonante), un ndicede octano de cero.

As, por ejemplo, si una gasolina presentapropiedades antidetonantes similares a unamezcla de 95% de iso-octano y 5% de n-heptano, se dice que tiene un nmero deoctano de 95.


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Distribuidor

Es un elemento del sistema de encendido en los motores de ciclo Otto que envelctrica de alto voltaje, procedente de la bobina de encendido, mediante un rotor orden requerido por el ciclo de encendido de cada uno de los cilindros hasta las buno de ellos.

Esta corriente convertida en chispa al llegar al electrodo de la buja produce la commezcla que se encuentra comprimida dentro del cilindro.


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Funcionamiento

El rotor gira asentado sobre el extremo superior del eje del distribuidor, y en efectuando sucesivos envos de corriente a cada una de las bujas del motor.

Esta accin se produce al pasar a los puntos metlicos de la tapa del distrialternativa, en el orden indicado, y a una velocidad tal que se puedan proexplosiones en una vuelta del mismo.


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El orden de encendido ms usual para el tipode motor ms popular, el de cuatro cilindrosen lnea, es 1-3-4-2, siendo el "1"normalmente el ms cercano a ladistribucin y el "4" el ms alejado, situado

al lado del volante motor.

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